本發(fā)明涉及建筑抗震技術領域，更具體地說，涉及一種高層建筑減震結構及其建造方法。

背景技術：

近幾十年來，世界已進入地震多發(fā)期，給人類生命財產造成的損失十分慘重。為了抗震減災，建筑學家紛紛在廠房及各類房屋建筑的強度上大做文章，狠下功夫，甚至將建筑物的地基深深的澆鑄在地下的巖層上，將建筑物同底層地死死的剛性的捆綁為一個牢不可破的整體，使房屋同地層“合二為一”用“以剛克剛”的方式，企圖達到抗震減災的目的。由于科技發(fā)展加快，現代高層建筑用優(yōu)質大直徑鋼材、高標號的水泥、加上肥梁胖柱構成的各類房屋，因為它同地層形成的剛性的一體化的模式，當大地震發(fā)生時，來自地下的巨大能量要暢通無阻的傳導到房屋本體上，就產生了地層跳多高，房屋必然跳多高，同生死的共震狀態(tài)。造成建筑物在同步的強烈震動搖晃中松散、撕裂、扭曲變形垮塌，大難臨頭勢不可擋！所以，用傳統(tǒng)的抗震建筑理念和建筑模式，想達到在強烈的大地震中有理想的抗震減災的效果，顯然是收效甚微。

現有技術中，逐步在研發(fā)結構隔震的建筑體系，結構隔震的主要原理是通過在上部結構和地基之間設置隔震層，使變形主要集中在隔震層之內，以保護上部結構，大大減小上部結構受到的地震沖擊?，F有的大多數隔震裝置，有的抗拉拔能力較弱，有的造價昂貴，很難推廣使用?，F有技術中，隔震效果較好的就是采用下底面面積較大的地基基礎，以此提高地基的荷載力，但此結構抗震能力較差，地震時，地基基礎的底面直接承受著地殼斷裂或移位導致的地震波能量的沖擊，底面積和側面積越大，直接受沖擊的力度及斷裂、位移的可能性就越大，因此其抗震功效就差，在土方處理相同、使用同樣地基建材的情況下，為了提高建筑地基基礎的抗震能力，只是采用較大下底面積的地基基礎，較深的鋼筋注地下樁，是無法實現預期的目的，尤其在地震多發(fā)地帶，對其地基基礎提出了更高的抗震要求。

中國專利申請?zhí)枺?01520330501.6，申請日：2015年5月21日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為：一種消能減震結構，該申請案公開了一種消能減震結構，該結構包括凹形混凝土板、地基板、地基板凸起、緩沖件、沙袋層、滑動片，所述沙袋層是由整齊平鋪在一起的沙袋組成，所述凹形混凝土板設在沙袋層上方，所述地基板設在凹形混凝土板內，地基板四周設有緩沖件，地基板的下方與凹形混凝土板之間設有滑動片，凹形混凝土板與沙袋層均置于土層開挖出的基坑內。

技術實現要素：

1.發(fā)明要解決的技術問題

本發(fā)明的目的在于克服現有技術中高層建筑難以抗震效果差的不足，提供了一種高層建筑減震結構及其建造方法，本發(fā)明的技術方案，將建筑物地基與底部基座隔離開，底部基座具有一定程度的縱向和橫向的運動空間，抗震效果好。

2.技術方案

為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術方案為：

本發(fā)明的一種高層建筑減震結構，包括底部基座、粗沙隔離層、石子填充層、建筑物地基和口型抗震墻，所述底部基座設置在石子填充層中，在底部基座上表面設置有粗沙隔離層，以粗沙隔離層為基礎建設口型抗震墻和建筑物地基，且建筑物地基位于口型抗震墻內，口型抗震墻外周均為石子填充層，建筑物地基與口型抗震墻之間排布有反沖擊吸能裝置。

進一步地，所述的底部基座主要由基座體和基座沙坑組成，所述在基座體上部開設基座沙坑，該基座沙坑的開口面積不小于建筑物地基的底面面積，在基座沙坑內填充粗沙粒。

進一步地，所述的基座體上設置有基座支腳，基座支腳對稱分布在基座體的兩側。

進一步地，所述基座體外部建設有散波墻，該散波墻豎直建造，且散波墻與基座體側壁形成等腰三角結構。

進一步地，所述反沖擊吸能裝置和承載底座相連，承載底座固定在支撐架上，所述反沖擊吸能裝置和支撐架均與建筑物地基相固定。

進一步地，所述反沖擊吸能裝置包括一級活塞、二級活塞和外缸體，所述二級活塞設置在一級活塞的內部空腔內，一級活塞設置在外缸體的油腔內，所述二級活塞與一級活塞的封閉端之間設置有吸能彈簧。

進一步地，所述口型抗震墻頂部與建筑物地基之間設置有防護地坪，且防護地坪與建筑物地基之間留有間隙。

進一步地，所述底部基座、口型抗震墻和建筑物地基均為鋼筋混凝土結構。

進一步地，所述石子填充層中石子粒度為20～40mm，粗沙隔離層中粗沙粒度為0.8～2mm。

本發(fā)明的一種高層建筑減震結構的建造方法，其步驟為：

1)在原土層開挖矩形地坑，向地坑內填充石子，填充石子高度為地坑深度的1/3；

2)在石子層上建造底部基座，然后填充石子至與底部基座上表面齊平；

3)在基座沙坑中鋪設粗沙，底部基座上方形成粗沙隔離層；

4)在粗沙隔離層上建造口型抗震墻和建筑物地基，并安裝反沖擊吸能裝置；

5)然后在口型抗震墻外周填充石子，在建筑物地基上建設建筑體，并在地地表設置防護地坪。

3.有益效果

采用本發(fā)明提供的技術方案，與現有技術相比，具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明的一種高層建筑減震結構，設置的石子填充層把整個結構圍住，由于石子間有較大的可壓縮空間，地震時縱向和橫向的波動能量部分被石子消耗，所設置的反沖擊吸能裝置也可消耗一部分能量；

(2)本發(fā)明的一種高層建筑減震結構，底部基座與建筑物地基之間設置有粗沙隔離層，該粗沙隔離層本身作為建筑材料可承受較大壓力，而且滑動性好，當地表波動時，建筑物地基可在粗沙隔離層上移動；此外，建筑物地基與口型抗震墻之間的反沖擊吸能裝置也可緩沖建筑體擺動時的沖擊，減少對建筑體的損害。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種高層建筑減震結構的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的減震結構俯視結構示意圖；

圖3為本發(fā)明中反沖擊減震裝置安裝示意圖；

圖4為本發(fā)明中第一種反沖擊減震裝置內部結構示意圖；

圖5為本發(fā)明中承載底座的結構示意圖；

圖6為本發(fā)明中帶有基座支腳的高層建筑減震結構的示意圖；

圖7為本發(fā)明中帶有基座支腳的底部基座的俯視結構示意圖；

圖8為本發(fā)明中帶有散波墻的高層建筑減震結構的俯視結構示意圖；

圖9為本發(fā)明中第二種反沖擊減震裝置內部結構示意圖。

示意圖中的標號說明：1、原土層；2、底部基座；201、基座體；202、基座沙坑；203、基座支腳；204、散波墻；205、空腔；3、粗沙隔離層；4、彈性地坪；5、口型抗震墻；6、石子填充層；7、防護地坪；8、反沖擊吸能裝置；801、一級活塞；802、吸能彈簧；803、二級活塞；804、外缸體；805、油腔；9、建筑物地基；10、建筑體；11、支撐架；12、承載底座。

具體實施方式

為進一步了解本發(fā)明的內容，結合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細描述。

實施例1

結合圖1和圖2，本實施例的一種高層建筑減震結構，包括底部基座2、粗沙隔離層3、石子填充層6、建筑物地基9和口型抗震墻5，所述底部基座2設置在石子填充層6中，底部基座2主要由基座體201和基座沙坑202組成，基座沙坑202設置在基座體201的上表面，該基座沙坑202的開口面積大于建筑物地基9底部的面積，建筑物地基9的水平投影位于基座沙坑202內。為了提高底部基座2的穩(wěn)定性，由基座沙坑202地面至基座體201底部的距離不小于3米，具體建設時可根據建筑體10的高度進行設定。

在基座沙坑202內填充有粗沙，形成粗沙隔離層3，以粗沙隔離層3為基礎建設口型抗震墻5和建筑物地基9，且建筑物地基9位于口型抗震墻5內，建筑物地基9與口型抗震墻5之間排布有反沖擊吸能裝置8。底部基座2、口型抗震墻5和建筑物地基9均為鋼筋混凝土結構，以保證結構強度。

所設置的建筑物地基9的高度突出于石子填充層6的上表面，當建筑體10晃動時，建筑物地基9與建筑體10為一體結構，在建筑物地基9與石子填充層6的分離處為受力集中區(qū)，最容易折斷，而建筑物地基9相對建筑體10具有更高的結構強度，也就不易斷裂。如果建筑物地基9與石子填充層6的上表面齊平，那么受力集中區(qū)將會出現在建筑體10上，很可能會直接導致整個樓體斷裂倒塌。因此，把建筑物地基9設計為凸起結構，具有更好的結構強度，抗震效果更好。

所設置的粗沙隔離層3是為了使建筑物地基9在晃動時能夠左右滑動，因此要保證基座沙坑202的地面具有可滑動性，把基座沙坑202的底面設置為光滑面，可做磨光處理，或者是采用水磨石底面，確保沙子可在表面滑動。該粗沙隔離層3也可是其他滑動性填充材料，在強度足夠的條件下，主要目的是實現滑動性。

參看圖1，本實施例中的建筑被粗沙隔離層3分為兩層，下方的底部基座2作為防震移動平臺，當收到沖擊波影響時，底部基座2首當其沖，若是把口型抗震墻5與底部基座2設置成一體結構，則類似于傳統(tǒng)的剛性建筑體，由于底部面積較大，一旦發(fā)生震動，整體便很容易斷裂。而通過粗沙隔離層3進行分離，粗沙隔離層3中粗沙粒度為0.8～2mm，優(yōu)選1.2mm，粗沙隔離層3的厚度在5cm以上，最好在8～20cm范圍內，也可根據具體使用設定，筑體10的高度越大，粗沙隔離層3中粗沙顆粒度越大，厚度越大，在保證結構強度的同時能夠保證滑移性能，如果粗沙隔離層3厚度較大，難以產生滑動。而且粗沙本身可消耗沖擊波的能量，減少對高層建筑的損害。

參看圖2，在口型抗震墻5外周也布置有石子，石子填充層6中石子粒度為20～40mm，由于石子的形狀不規(guī)則，石子間存在間隙，雖然在建造時會采用震動處理，使石子填充層6變動充實、緊湊，但機器所能施加的震動力與地震時整個樓體的重力產生的力相差很大，石子填充層6仍有較大的壓縮空間，可消耗較大的沖擊能量。

本實施例中所設置的反沖擊吸能裝置8可以與口型抗震墻5相配合，一方面是消耗沖擊能量，另一方面是對建筑物地基9移位形成緩沖，減少樓體的移位距離。

實施例2

結合圖3、圖4，本實施例的一種高層建筑減震結構，其基結構與實施例1相同，其不同之處在于：反沖擊吸能裝置8和承載底座12相連，承載底座12固定在支撐架11上，所述反沖擊吸能裝置8和支撐架11均與建筑物地基9相固定。具體地，如圖4所示，反沖擊吸能裝置8包括一級活塞801、二級活塞803和外缸體804，所述二級活塞803設置在一級活塞801的內部空腔內，一級活塞801設置在外缸體804的油腔805內，所述二級活塞803與一級活塞801的封閉端之間設置有吸能彈簧802。如圖5所示，承載底座12上部兩側設置有凸起塊，凸起快內邊為弧形，便于卡住反沖擊吸能裝置8的外缸體804，避免晃動。

地震時，致使口型抗震墻5撞向一級活塞801外端，一級活塞801向油腔805內移動，油壓升高吸能，促使二級活塞803向一級活塞801的內部腔體中有一定的移位，一級活塞801中的油壓快速上升，促使一級活塞801反向運動，把沖擊力返回，同時吸能彈簧802吸收能量。減小了地震對高層建筑的沖擊，達到減震目的。

如果只是使用普通的彈性緩沖間，雖然具有一定的緩沖作用，但是會產生較大的后坐力，后坐力仍然是作用在被沖擊物體上；而反沖擊吸能裝置8具有更好的吸能效果，一方面，該反沖擊吸能裝置8能夠緩沖吸能，其次，能夠把沖擊力返回，大大減小了后坐力。在本方案中，口型抗震墻5沖擊一級活塞801后，在反沖擊吸能裝置8內部經過轉化，一部分被液壓油消耗，另一部分被再次返回到一級活塞801上，使一級活塞801反向運動，把沖擊力返回到口型抗震墻5上，形成沖擊力的返回，大大減小了后坐力，緩沖效果更好。

將反沖擊裝置用于建筑減震，將目前一體式高層建筑抗震設計結構、理論給與否定，高層建筑地下結構創(chuàng)新，使抗震性能不斷完善。

進一步地，口型抗震墻5頂部與建筑物地基9之間設置有防護地坪7，且防護地坪7與建筑物地基9之間留有間隙。防護地坪7使建筑與地表結合在一起，所預留間隙保證地震時有一定的擺動空間，防止防護地坪7被破壞而重新修繕。

在口型抗震墻5底部與建筑物地基9之間設置有彈性地坪4，該彈性地坪4一方面可起到一定的緩沖作用，另一方面能夠防止粗沙隔離層3中的粗沙向外部擠竄。

實施例3

結合圖6、圖7，本實施例的一種高層建筑減震結構，其基結構與實施例2相同，其不同之處在于：所述基座體201上還設置有基座支腳203，該基座支腳203對稱分布在基座體201的兩側，每側設置有兩個。當建筑體10的高度較大時，基座體201所占面積越大，樓體越穩(wěn)定，但是地震時所受到的沖擊也就越大，更容易斷裂。而所設置的基座支腳203既能夠提高穩(wěn)定性，有沒有過大的增加實際占地面積，具有更好的穩(wěn)定效果。

實施例4

結合圖8，本實施例的一種高層建筑減震結構，其基結構與實施例3相同，其不同之處在于：所述基座體201外部建設有散波墻204，該散波墻204豎直建造，且散波墻204與基座體201側壁形成等腰三角結構，并使散波墻204的外部尖角與石子填充層6外邊界的距離大于3米。

地震波分為縱波和橫波，縱波先到達，但其在豎直方向震動，表現為體積大壓縮，破壞性較小，而橫波會使地表建筑晃動，破壞性較大。設置的散波墻204可在一定程度上分散橫波，減少橫波對基座體201側壁的直接沖擊，減少損害。進一步地，石子填充層6中的碎石子間的間隙可消耗能量，使縱波及橫波的強度減弱，散波墻204的外緣與石子填充層6外邊界的距離大于3米，以此通過石子填充層6來提高對地震波的消耗，提高樓體的穩(wěn)定性。

進一步地，還可把散波墻204與基座體201之間的三角部位設置為空腔205，當地震較大時，空腔首先被損壞，通過空腔205的損壞吸收一部分沖擊能量。

實施例5

結合圖9，本實施例的一種高層建筑減震結構，其基結構與實施例4相同，其不同之處在于：本實施例中的反沖擊吸能裝置的結構與實施例2中的不同，如圖9所示，在二級活塞803上設置有通油孔，可以實現油孔泄能，在二級活塞803的右側還設置有第二個彈簧，該彈簧也能夠進行吸能，而且有助于二級活塞803復位，具有更好的反沖擊效果。

實施例6

本實施例提供了一種高層建筑減震結構的建造方法，其步驟為：

1)在原土層1開挖矩形地坑，向地坑內填充石子，并對石子地基夯實處理，填充石子高度為地坑深度的1/3；由于是采用機器夯實，其強度與地震時樓體重量相差較大，仍存在一定的間隙空間。

2)在石子層上建造底部基座2，然后填充石子至與底部基座2上表面齊平；

3)在基座沙坑202中鋪設粗沙，底部基座2上方形成粗沙隔離層3，粗沙隔離層3的厚度控制在5～20cm范圍內，可選擇8cm。

4)在粗沙隔離層3上建造口型抗震墻5和建筑物地基9，并在底部空間內設置彈性地坪4，然后安裝反沖擊吸能裝置8；

5)然后在口型抗震墻5外周填充石子，在建筑物地基9上建設建筑體10，并在地表設置防護地坪7。

通過該方法所建造的建筑物具有較好的抗震效果。一方面，把底部基座2與口型抗震墻5分割設置，減小整體的體積，更為重要的是大大減小了側面的整體長度。如果設置為一體結構，整體高度較大，在受到橫波沖擊時很容易斷裂。而分割后，其高度可看做只有整體設置高度的二分之一，降低了斷裂風險。另一方面，如果遇到較強地震，通過分割設置，即便底部基座2斷裂，反沖擊吸能裝置8仍可正常工作，起到緩沖吸能作用，延遲建筑物倒塌時間，為救援逃生創(chuàng)造更多的機會，減少對人身安全的危害。

此外，設置的石子填充層能夠吸收縱波和橫波，消耗地震波的能量；石子間的間隙賦予建筑物一定的橫向移動壓縮空間，避免產生共振，有效減少對建筑物的沖擊。

以上示意性的對本發(fā)明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結構并不局限于此。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經創(chuàng)造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。